Курсовая работа: Система автоматического контроля условий эксплуатации оборудования ( по ИИС)

Функционирование прибора должно осуществляться следующим образом:

Блок питание преобразует напряжение сети в необходимое для работы прибора напряжение.

Имеются три датчика для измерения заданных величин: температуры, давления и влажности. Выходные сигналы датчиков – аналоговые. Для решения поставленной задачи необходимо оперировать цифровыми данными. Поэтому в схему включаем аналого-цифровой преобразователь. Для измерения указанных в задании физических величин существует достаточный выбор датчиков различных фирм. Однако довольно сложно подобрать все датчики таким образом, чтобы они совпадали с входным диапазоном АЦП. Помимо этого некоторые датчики требуют наличия определенных внешних цепей, например, схемы возбуждения, калибровки и т.п. Поэтому неизбежно появление дополнительных элементов, схем и цепей, которые необходимы для корректной работы всего устройства.

В данной схеме применяются следующие корректирующие цепи. Для датчика влажности это делитель напряжения, который преобразует выходное напряжение датчика к уровню, входящему в диапазон АЦП.

Этой же цели служит дифференциальный усилитель на выходе датчика давления, но, в отличие от предыдущего случая усилитель усиливает сигнал с датчика для согласования чувствительности датчика и АЦП. Помимо этого дифференциальный усилитель необходим, потому что датчик давления имеет дифференциальный выход.

Датчик температуры не требует каких-либо внешних цепей согласования, т.к. хорошо согласуется с АЦП, как по диапазону, так и по чувствительности. На выходе этого датчика стоит делитель напряжения на 10. В качестве датчика температуры применим датчик фирмы AnalogDevice ТМР36. Датчик обеспечивает преобразование температуры в напряжение с градуировкой 10 mV/°С, поэтому поставив на выходе датчика температуры делитель на десять получим градуировку шкалы 1 mV/°С, что удобно для обработки данного сигнала в микроконтроллере. С помощью данного датчика можно осуществлять измерения температуры от –40°С до 125°С.

Наиболее сложной схемой согласования обладает датчик влажности, т.к. для его возбуждения необходим прямоугольный сигнал без постоянной составляющей. В связи с этим в схеме коррекции применены следующие устройства: схема переключения конденсаторов, два операционных усилителя и преобразователь напряжения, который также необходим для питания операционных усилителей. Сопротивление датчика в зависимости от влажности устанавливается во время положительной полуволны. Отрицательная полуволна необходима для датчика в связи с его внутренней структурой.

Микроконтроллер обрабатывает полученную информацию и выдаёт её на блок индикации. При этом последовательно будут выводиться на индикатор время и значения измеряемых параметров.

Схема электрическая функциональная изображена в приложении №2.

3.3. Разработка принципиальной электрической схемы

При разработке принципиальной схемы учитывать нагрузочную способность портов микроконтроллера, поэтому к схеме необходимо применить микросхемы буферов. Это позволит избежать перегрузки выходов микроконтроллера.

В данной схеме применим микроконтроллер фирмы DallasSemiconductorDS87C530. Выбор данного микроконтроллера обусловлен наличием в нем часов реального времени и календаря. Этот микроконтроллер имеет ядро, полностью совместимое с 8051 (т.е. управляется стандартным набором команд 8051) и имеет четыре порта ввода/вывода, встроенные часы реального времени, а также дополнительные выводы, предназначенные для управления часами. Часы осуществляют отсчет реального времени и выполняют календарные функции. Отсчет времени осуществляется с дискретностью 1/256 секунд, что позволяет пользователю считать секунды, минуты, часы и дни с высокой точностью.

В устройстве предусмотрена связь с персональным компьютером посредством интерфейса. Из компьютера загружается программа в микроконтроллер. Компьютер через определенные промежутки времени отправляет запрос в микроконтроллер на получение значений измеряемых величин. В качестве интерфейса для разрабатываемой конструкции выбрать RS-485, т.к. он имеет большую дальность и при этом имеет наибольшую скорость передачи данных, что позволяет опрашивать несколько приборов на довольно большом расстоянии при подключении к одному компьютеру нескольких приборов. Интерфейс RS-485 это более совершенная форма интерфейса RS-422. Обеспечивает полудуплексный обмен по одной витой паре. Допускает параллельное соединение до 32 устройств. Имеет три уровня защиты: защита от КЗ интерфейсного кабеля; защита от коллизий (одновременной передачи двух и более устройств); защита от перегрузки – основана на тепловом принципе – производит аварийное отключение схемы при нагреве кристалла до 150°С.

Для нормальной работы микроконтроллера также необходим кварцевый резонатор и схема сброса. Кварцевый резонатор частотой 32,768 кГц, подключается между выводами RTCX1 и RTCX2. При этом возможны два случая:

1. Использование конденсаторов емкостью 6 пФ. При этом имеем меньшее потребление энергии, поэтому срок работы резервного элемента питания увеличивается, но схема становится более чувствительна к шумам.

2. Использование конденсаторов емкостью 12,5 пФ. При этом имеем большее потребление энергии, поэтому срок работы резервного элемента питания уменьшается, но уменьшается чувствительность к шумам.

Т.к. основной режим предполагает работу устройства от внешнего источника питания, то выбираем конденсаторы емкостью 12,5 пФ, при этом работа генератора будет более устойчивой. Чтобы информация в памяти микроконтроллера не стиралась, а также часы реального времени не сбрасывались, при отключении прибора от внешнего источника питания, используется резервный источник питания. Номинальное напряжение батареи – 3 В. Микроконтроллер переключается на резервный источник питания, когда напряжение источника питания падает ниже напряжения батареи (т.е. ниже 3 В). Таким образом, обычная литиевая батарейка служит около десяти лет.

Схема электрическая принципиальная изображена в приложении №3.

4. Заключение

«Система автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна быть экономным в потреблении электроэнергии, рациональна при размещении деталей и монтаже электрической схемы.

Список используемой литературы

1. Датчики: устройство и применение. Виглеб Герхард. М.: Мир, 1995г., 196 с.

2. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник. Т.1. Под общ. ред. Ю.Н.Коптева; Под ред. Е.Е.Богдатьева, А.В.Гориша, Я.В.Малкова - М.: ИПРЖР,1998г., 458 с., ил.

3. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник. Т.2. Под общ. ред. Ю.Н.Коптева; Под ред. Е.Е.Богдатьева, А.В.Гориша, Я.В.Малкова - М.: ИПРЖР,1999г., 688 с., ил.

4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах. Пер. с англ. Изд. 4-е. Перераб. И доп. М.: Мир, 1993г., 413 с.

5. Chip News 99-2000гг.

6. Датчики теплотехнических и механических величин. Справочник. А.Ю.Кузин, П.П.Мальцев, И.А.Шапортов. М.: Энергоатомиздат, 1996г., 128с.

7. http://www.dalsemi.com.

8. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ В.В.Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.

9. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: Справ./Масленников М.Ю. и др. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 451 с.

10. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник. – 2-е изд., стереотип. А.Б.Гитцевич, А.А.Зайцев, В.В.Мокряков и др.: Под ред. А.В.Голомедова. – М.: КубК-а, 1995. – 592 с., ил.

11. Александров К.К., Кузмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с., ил.

12. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CapV. М.: Солон, 1997, 270с.

13. «Методические указания для студентов СП.190900-ИИТ»- МГОУ 2004.

Приложение №1. Схема электрическая структурная

Приложение №2. Схема электрическая функциональная

Приложение №3. Схема электрическая принципиальная